玉米脱粒机方案设计

玉米脱粒机方案的确定玉米脱粒机是我国粮食收获的重要农业机械之一。据调查，目前脱粒机在我国农村仍然被广泛使用于对水稻、小麦和玉米等作物的脱粒作业，全国约有60%以上的水稻是用动力或人力脱粒机进行脱粒，小麦有近30%是靠脱粒机脱粒。另外，由于我国地域广阔，各地的地理、气候、农艺要求和经济状况等差异都较大，在丘陵、半山区的间作套种地区以及杂粮、水稻种植区，玉米脱粒机的使用仍十分广泛。所以随着农业的发展，玉米脱粒机仍有十分广阔的市场前景。目前,杂粮类玉米脱粒机也不十分广泛，仅东北、华北和西北等地一些企业生产玉米、高粱或大豆玉米脱粒机。玉米是全世界的主要粮食和饲料作物，具有单产量高，总产量稳定的特点被称为“饲料之王”。我国是世界上玉米生产第二大国，仅次于美国。在我国，玉米是仅次于水稻、小麦之后的主要粮食作物，其种植面积和产量居秋粮作物之首，成为农业主要的经济作物之一。玉米种植面积一直处于稳步上升的状态。玉米已经发展成为粮食、饲料、经济兼用作物，新世纪兴起了以玉米为原料的乙醇燃料工业， 玉米在国际贸易中占有越来越重要的地位。随着高新技术应用和机械作业进程，稳定面积、增加单产，我国玉米生产还会有大发展。再看我国的玉米机器收割情况，随着科技的发展玉米收获机械的种类越来越多也越来越先进，联合收割机技术的成熟和易地作业范围的不断扩大,玉米的收获工作已经变得十分容易，目前我国生产的玉米联合收获机大部分只具有摘穗、剥皮和秸秆粉碎等功能 , 玉米籽粒的脱粒还主要依靠脱粒机来完成。另外我国农民的种植方式和秋播时间要求也不能给玉米棒留出充分的时间来自行风干，所以玉米的脱粒工作仍靠手工和脱粒机械进行脱粒加工。但是现在玉米脱粒的脱粒质量问题还没有得到充分的解决，传统的玉米脱粒机容易挤压玉米种子使其破损，击碎玉米芯，普遍存在破损率高、种子损失率高、效率低的缺点，这样不利于玉米种子的选育、收获以及储藏运输工作。就目前而言，需要一种能有效降低玉米种子破损率、提高生产效率和适用于山区丘陵的玉米脱离机器，来满足市场需求，解决此类问题，推动农业机械化的进程。按功能可分为烂芯玉米脱粒机，不烂芯玉米脱粒机，其中不烂芯玉米脱粒机以不碎玉米芯的特点居于同类产品之首。按体积可分为单穗玉米脱粒机，立式玉米脱粒机，甩锤式玉米脱粒机，全自动上料玉米脱粒机，半自动上料玉米脱粒机、大型联合玉米收割机、双滚筒玉米脱粒机，多滚筒玉米脱粒机等多种产品，但是目前玉米脱粒机主要有两种脱离方案：1、击打式玉米脱离2、挤搓式玉米脱离脱粒原理(l)打击原理：由工作部件(如冠状平板齿或纹杆)打击穗头(或反之由果穗碰击工作部件,如南方水稻的拌桶脱粒)使果穗产生振动和惯性力而破坏它与穗芯的连接,主要取决于打击速度和打击时机。(2)梳刷原理：当工作部件较窄,果穗通过时,就形成了梳刷脱粒,通常是茎秆不动或少量的纵向运动。(3)揉搓或搓擦原理：通常指谷层在挤压状态下在层内出现挫动而使谷粒脱落,发生在钉凿或纹杆滚筒的脱粒间隙中，它取决于揉搓的松紧度(强度),也就是间隙的大小和谷层的疏密。(4)碾压原理（打击）：脱粒原件对谷穗的挤压造成脱粒,在碾压过程中会使谷粒和穗柄之间产生横向相对位移,而通常谷粒与穗轴的抗剪力是较弱的,上述相对位移就形成了剪切破坏其连结力，因此,用辊子碾压铺在场院里的谷物层进行脱粒也是有效方法之一。一般来说,常见的组合有如下几种：一是用高的打击速度和紧搓,经较短的脱粒过程,如单滚筒脱料装置；二是用由低到高的打击速度,揉搓强度由小到大,用较长的脱粒过程,如双滚筒脱粒装置；三是用较低的打击速度和松搓,用长而又长的脱粒过程,如轴流滚筒脱粒装置。螺旋挤搓板齿式玉米脱粒机的工作原理工作原理螺旋挤搓板齿式玉米脱粒机机体采用圆钢焊制的栅格(或筛网)结构，其间隙大于玉米籽粒的宽度，主轴采用推料螺旋与齿板组合结构，工作过程中脱粒机主轴经皮带轮减速,带动脱粒机主轴旋转，主轴上焊有若干个倾斜的叶片，工作时玉米被主轴上的叶片带动,既向前运动,又做上，下运动。在运动的过程与两侧和底部(三个方向)的栅格(类似搓板)进行挤搓,依靠主轴上的进料螺旋和齿板推动果穗向前运动，使齿板与果穗之间、果穗与果穗之间、果穗与栅格之间产生揉搓力，将果穗上的籽粒脱掉，从而达到脱粒的目的。这种方式不仅对果穗冲击力较小，脱粒过程比较柔和，而且对玉米籽粒的破损较低。该脱粒工艺是仿生技术的一种应用，模仿人工用手搓玉米的动作。在脱粒区内，滚筒平板齿拨动果穗沿栅格凹板作圆周运动，由于平板齿与滚筒轴心成一定的夹角，所以同时也将果穗向排芯口推动，玉米果穗的运动轨迹是螺旋线。设计成顶部带冠形状，其作用如同人工用竹签子(过去北方农村用于人工脱玉米籽粒的工具)先将玉米果穗上的局部籽粒挤掉，以便后面挤搓顺利。由于排芯口压板的作用，正常工作时物料始终充满机器内部，所以平板齿拨动果穗时具有一定的推力，即果穗是在受到推挤的情况下与栅格凹板接触，与栅格凹板做相对运动，并且既滚动又滑动，以达到挤搓脱粒的效果。果穗相互之间也同样是在受到一定压力的作用下进行充分挤搓，并且机内所有果穗的任何部位都有充分的挤搓的机会，从而达到脱掉全部籽粒的目的。工作特点板 齿 式 脱 粒 机 主 要 由 板 齿 滚 筒 和 栅 格 凹 板 组成。板齿宽而高，与滚筒轴向成一定的夹角，板齿有平板齿和冠状板齿两种，在滚筒上按一定方式排列，滚筒外缘线速度4m/s,凹板为栅格式圆钢,分布于左 、右、下3个方向，包角为90度，既起搓板作用，又起筛板作用，板齿式脱粒机结构简图如 图1 所示。1.滚筒 2.进料区螺旋 3.进料斗 4.脱粒板齿 5.栅格凹板图1 板齿式脱粒机结构简图工作过程玉米果穗由喂入斗切向进入，滚筒对应进料处的结构为短螺旋搅龙，搅龙转动将果穗送入脱粒区；在脱粒区内，果穗沿轴向做螺旋滚动与滑动，在此过程中，板齿与果穗之间、果穗与果穗之间、果穗与栅格凹板之间进行揉搓；被脱下的籽粒穿过栅格凹板排出，玉米芯被推送到排芯区排出。传统钉齿击打式玉米脱粒机的工作原理工作原理通过钉齿打击玉米果穗，使玉米籽粒生振动和惯性力而破坏它与穗轴间的连接，在钉齿滚筒的转动下，齿侧面间和钉齿顶部与凹板弧面上的搓擦作用使玉米穗与穗间，穗与凹板间产生搓擦，从而实现脱粒。结构特点钉齿式脱粒机主要由钉齿滚筒和凹板组成。钉齿滚筒上的钉齿通常按螺旋线排列，成排地固定在滚筒上。钉齿形状有方形倾斜齿、圆柱形倾斜齿和球顶方根齿等几种。滚筒外缘线的速度一般为 610m/s 滚筒直径一般为 200500mm。凹板有冲孔式和栅格式两种，凹板包角一般为 120 180度，通常在凹板上装有导向板。钉齿式脱粒机结构简图如图1所示。1 .滚筒 2 .钉齿 3 .冲孔凹板 4 .喂入料斗图1钉齿式脱粒机结构简图工作过程玉米穗由喂入斗切向进入，被钉齿抓取进入脱粒间隙，受到钉齿的打击、齿侧面间和钉齿顶部与凹板间搓擦，实现脱粒。通过凹板筛分离出玉米和小杂，玉米芯由轴向排出。主要技术性能指标的比较资料显示国内广泛应用的生产率为10t/h 的两种机型（即5TY-10 型钉齿式和TY-17型板齿式玉米脱粒机）进行了比较。滚筒转速玉米脱粒机的滚筒转速由滚筒外缘的齿顶线速度决定，滚筒外缘的线速度是以保证脱粒时玉米籽粒破碎最少为前提条件来设计的。根据试验数据可知，含水率为13%左右的玉米穗（此含水率的玉米最易破碎）在齿顶线速度小于4m/s 时，破碎率最低。5TY-10 型钉齿式的滚筒转速由于钉齿式脱粒机需要采用打击来脱粒，因此TY-10 的滚筒转速设计为700900r/min，其钉齿齿顶直径为210mm。v =Dn / 60式中 n 滚筒的转速(r/min)；v 齿顶线速度（m/s）；D 滚筒齿顶直径（m）。由此可知，n =700r/min 时，v =7.3m/s；n =900r/min 时， v =9.4m/s。TY-17 型板齿式的滚筒转速为了减少破碎，TY-17 型板齿式的滚筒转速设计为340r/min，板齿齿顶直径为190mm。根据公式v =Dn / 60，计算得v =3.4m/s。功率配备两种机型的功率配备如表1 所示。表1 功率配备型号生产率/th-1功率/kW5TY-10型钉齿式1018.5TY-17型板齿式 1015.0脱粒特性比较两种机型的脱粒性比较如表2 所示。表2 脱粒特性比较型号脱粒方式脱净率/%破碎率/%凹板结构滚筒转速/rmin-1TY-10 型钉齿式钉齿打击99.01.5冲孔孔板700900TY-17 型板齿式板齿挤搓99.80.8栅格钢筋340两种脱粒机的价格比较结论1) 由于钉齿式的滚筒线速度为7.39.4m/s，超过了4m/s 这个限值，故产生的破碎率要高于揉搓式板齿式脱粒机的破碎率。2) 当玉米含水率在13%20%范围内时，两种机型的技术性能指标比较稳定；当玉米含水率高于20%时，钉齿式脱粒机的脱净率和破碎率指标明显下降，板齿式脱粒机的脱净率和破碎率稍有下降。3) 板齿式脱粒机的单位功率生产率要高于钉齿式脱粒机。4) 板齿式脱粒机由于具有高脱净率、低破碎率和低功耗等优点，将会被越来越多的种子企业所认可，其市场前景良好。同时，国内的传统玉米脱粒机也会逐渐被其替代。设计外观入料口锥形上外壳 螺旋板齿滚筒凹板锥形下外壳玉米芯挡板 风扇 排芯斗 支架收粒斗带轮轴玉米脱粒机整体功能采用黑箱法对玉米脱粒机功能分析如图所示：揉搓式玉米脱粒机 输入玉米棒M 输出玉米和玉米芯M 操作指令S 显示数据S 220V交流电源E 噪音、热量E图 玉米脱粒机黑箱玉米脱粒机的组成该新型搓揉式玉米脱粒机主要包括喂料斗、脱粒仓、主轴、配铁、机架、出料斗、导芯口、排芯口、皮带轮和电机等组成。（如图所示总装配图）：揉搓式玉米脱粒机 出料部分脱粒部分机 架入料部分筛选部分电 机 图2.2 玉米脱粒机的组成玉米脱粒机工作过程玉米脱粒机基本工艺路线如图所示：玉米棒入料口脱粒装置玉米粒（含少量杂物）玉米棒等杂物筛分机构（风扇）杂物杂物分离机构排粒口除杂口干净玉米粒脱粒后玉米棒杂物图 玉米脱粒机基本工艺路线工作时，玉米由进料口喂入，玉米棒经螺旋推进轴旋转揉搓，玉米籽粒由筛孔分离出来，玉米芯从机器尾部排出，进料口设在上盖上部，玉米通过进料口在滚筒内的冠壮齿撞击玉米脱落部分籽粒，然后通过螺旋板齿的旋转揉挤玉米棒，从而完成玉米棒籽粒的脱净，籽粒通过筛孔下部排出，再由风扇将杂质吹（抽）出。实现分离不烂芯的效果。首先玉米通过脱粒机入口进入，玉米穗在滚筒的旋转的作用下也进行旋转运动，同时，玉米穗上的玉米籽受到滚筒上螺旋板齿与格栅凹板的作用力，将卡在格栅凹板缝隙里的玉米籽挤脱落下来，玉米籽在重力的作用下通过凹板缝隙降落到脱粒机斜板即脱粒机出口处，此时玉米籽里的杂质在风机的作用下，通过除杂口清除。玉米穗脱完后会在滚筒的轴向力的作用，从排芯口掉离脱粒机。各组成部分机构组成分析喂料部分设计入料斗与玉米脱粒机的上盖部分相连，它是采用2毫米的Q235钢板焊接制成。入料部位与滚筒上的部分冠壮齿相切，将己拨皮的玉米从入料口进入，下落到脱粒仓，经由滚筒上的进料螺旋将玉米果穗推入脱粒区进行挤搓脱粒。结构尺寸如图入料部分组成如图所示。 入料部分入料仓下面板入料口 图 入料部分框架图脱粒部分脱粒部分主要是由滚筒冠壮齿、螺旋板齿、栅格式凹板、上盖组成。玉米穗在滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒，将已脱下的玉米粒从栅格式凹板的缝隙漏下，落到下滑板，由排料口排出机体之外，玉米芯借助于滚筒上的螺旋板齿的轴向力螺旋导向作用，由入料口的另一端（即除杂口）排出机体之外。脱粒部分滚筒冠壮齿前网板下网板螺旋板齿图14 脱粒部分框架图喂料口是将玉米填入玉米脱粒机机体内的一个途径，它是玉米脱粒机上的一个部件，它的作用在于通过喂料口可以将玉米顺利的填入机体内，而且在填入的过程中或是填入后的工作过程中，脱粒机能安全的工作，而且不会将玉米粒或是玉米芯从喂料口飞溅出来，造成人员伤害等事故发生，因此，玉米脱粒机的入料口的设计，即关系到玉米脱粒机的工作质量(即脱粒不干净或是不完全等)。因为在将玉米添入脱粒机时，电动机带动主轴高速旋转，如果喂料口的填料方式不利于主轴的工作，此时，这种填料方式对主轴、对机体都有很大的副作用，有可能瞬时加大主轴的承担负载，即同时加大主轴的弯曲应力、扭转应力等，同时也加大了冠状平板齿条上的冠状平板齿的磨损和老化等。如果喂料口的设计不当，会造成主轴的瞬时被卡死，电动机闷车等现象发生，这些现象对电动机和玉米脱粒机的主轴有极大的破坏性。因此，在设计玉米脱粒机喂料口时应当考虑到设计不当可能发生的危害，精心分析其结构的合理性。采用了进料螺旋机构顺利将玉米果穗推入脱粒仓。筛选部分筛选部分主要是由栅格式凹板完成，由一定数量的圆钢及两条主要梁和两条副梁组成，每两根圆钢之间的缝隙可以将玉米卡住，然后快速旋转的滚筒螺旋齿将玉米予圆钢强行揉搓脱粒，工作时时，栅格式凹板是固定不动的。玉米脱粒之后，再将玉米粒经过栅格式凹板，从凹板的缝隙漏出，顺着斜滑板滑出机体之外，目的是将玉米和玉米芯分开。筛选部分风扇除杂板排芯口出料口图 筛选部分框架图参考文献1 葛 藟.种子机械加工技术问答M.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1990:12-23.2 何晓鹏.挤搓式玉米脱粒机的研制J.农业工程学报,2003,19(2):105-108.3 潘庆和.5TY-10 玉米脱粒机的性能测试J.现代化农业,1994(8):36-37.4 吴多峰 许峰 袁长胜.板齿式与钉齿式玉米脱粒机的性能比较.期刊.黑龙江省农副产品加工机械化研究所黑龙江 佳木斯 1540045 柳建安 李伟杰.螺旋挤搓式玉米脱粒机的设计.期刊.中南林业科技大学机电工程学院长沙 4100046 王廷福. 低破碎玉米脱粒机的设计与分析. 硕士学位论文. 甘肃农业大学 10733